PROGRAM STUDI
S1 SISTEM KOMPUTER UNIVERSITAS DIPONEGORO
ORGANISASI KOMPUTER
Oky Dwi Nurhayati, ST, MT email:
[email protected] 1
Buku Bacaan
V. Carl Hamacher, dkk. Computer Organization. Edisi ke-5. McGraw-Hill, 2002.
David Patterson & John Hennessy. Computer Organization & Design: The Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann Publishers, Inc.
Organisasi & Arsitektur Komputer Jilid 1, William Stalling
2
Tujuan Instruksional :
mengenalkan dasar-dasar organisasi komputer sekuensial, yang terdiri dari komponen-komponen: input, output, memori, dan prosesor (kontrol dan datapath), melalui pemrograman dengan bahasa assembly, permasalahan kinerja dalam sistem komputer
3
Outline Materi Kuliah Bab 1 Pengantar Organisasi Komputer Tujuan 1.1 Komputer 1.2 Organisasi Komputer 1.3 Struktur dan Fungsi Utama Komputer Bab 2 Evolusi dan Kinerja Komputer Tujuan 2.1 Sejarah Singkat Komputer 2.2 Perancangan Kinerja
4
Outline Materi Kuliah Bab 3 Unit Masukan & Keluaran Tujuan 3.1 Sistem Masukan dan Keluaran Komputer 3.1.1 Fungsi Modul I/O 3.1.2 Struktur Modul I/O 3.2 Teknik Masukan/Keluaran 3.2.1 I/O Terprogram 3.2.2 Interupt – Drive I/O 3.2.3 Direct Memory Access (DMA)
5
Outline Materi Kuliah Bab 4 Memori Tujuan 4.1 Hirarki Memori 4.2 Operasi Sel Memori 4.3 Karakteristik Sistem Memori 4.4 Keandalan Memori 4.5 Satuan Memori 4.6 Memori Utama Semikonduktor 4.7 Cache Memori Bab 5 Struktur CPU Tujuan 3.1 Komponen Utama CPU 3.2 Fungsi CPU 3.3 Datapath dan Control Unit 6
Outline Materi Kuliah Bab 6 Aritmatika Komputer Tujuan 6.1 Representasi Integer 6.2 Representasi Nilai Tanda 6.3 Sistem Bilangan 6.4 Operasi Bilangan Bab 7 Sistem Bus 7.1 Data Bus 7.2 Address Bus 7.3 Control Bus 7.4 Interkoneksi Bus Bab 8 Instruksi Mesin dan Program 7
Organisasi Sistem Komputer Application (Netscape)
Software Hardware
Operating Compiler System Assembler (Windows 98) Processor Memory I/O system
20210 Instruction Set Architecture
Datapath & Control Digital Design Circuit Design transistors
Koordinasi dari berbagai tingkat abstraksi
8
Struktur dan Fungsi
Komputer : sebuah sistem yang kompleks/ komputer kontemporer terdiri dari jutaan komponen elektronik dasar. Struktur : Suatu cara bagaimana komponenkomponen (5 komp utama) saling berhubungan satu sama lain. Function : Operasi individual masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur.
ODN
9
Function/Fungsi Fungsi dari Komputer : ◦ Data processing/ pengolahan data, hanya beberapa metode atau tipe-tipe penting pengolahan data ◦ Data storage/ penyimpanan data, file data disimpan dalam komputer untuk dapat dicari dan diperbarui nantinya ◦ Data movement/ pemindahan data. Ketika data diterima dari atau dikirimkan ke peralatan yang terhubung dengan komputer maka prosesnya disebut dengan I/O dan peralatan dikenal sbg periferal. ◦ Control/ kontrol, dikerjakan oleh individu yg menyediakan komputer dengan instruksi-instruksi
ODN
10
Operasi (1) Pergerakan Data/ pemindahan data
Komputer dapat berfungsi sebagai alat pemindah data, pemindahan data dari sebuah periferal/ saluran komunikasi ke perangkat lainnya
ODN
11
Operasi (2) Storage /Penyimpanan data
Komputer sebagai penyimpanan data, dimana data dipindahkan dari lingkungan luar ke penyimpanan komputer (baca) dan sebaliknya (tulis)
ODN
12
Operasi (3) Pengolahan data ke/dr penyimpanan
Gambar disamping menjelaskan operasi-operasi yang melibatkan pengolahan data, terhadap data manapun yang terdapat dalam tempat penyimpanan
ODN
13
Operation (4) Pengolahan dr penyimpanan ke I/O
Gambar disamping menjelaskan operasi-operasi yang melibatkan pengolahan data atau perpindahan antara tempat penyimpanan dan lingkungan luar.
ODN
14
Struktur – Tingkatan Atas Peripherals
Computer Central Processing Unit
Computer
Main Memory
Systems Interconnection
Input Output Communication lines ODN
15
Struktur – Tingkatan Atas Struktur internal komputer memiliki 4 komponen struktur utama antara lain : Central Processing Unit (CPU): mengontrol operasi komputer dan membentuk fungsi-fungsi pengolah datanya. CPU secara sederhana disebut sebagai processor Main memory: menyimpan data I/O: memindahkan data antara komputer dengan lingkungan luarnya Systems Interconnection: beberapa mekanisme komunikasi antara CPU, main memory, dan I/O
ODN
16
Struktur - CPU CPU Computer
Arithmetic and Logic Unit
Registers
I/O System Bus Memory
CPU
CPU Interconnection
Control Unit
ODN
17
Struktur - CPU Komponen-komponen struktur utamanya adalah: b. Control unit: mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer c. Arithmetic and logic unit: membentuk fungsifungsi pengolahan data komputer d. Registers: sebagai penyimpanan internal bagi CPU e. CPU interconnection: sejumlah mekanisme komunikasi antara control unit, ALU dan registers
ODN
18
Struktur - Control Unit (CU) Control Unit CPU
Sequencing Login
ALU Internal Bus Registers
Control Unit
Control Unit Registers and Decoders
Control Memory
ODN
19
Tingkat-tingkat Abstraksi Organisasi Komputer
Application S/W ◦ MS Word computer as electronic type-writer ◦ MS Excel computer as electronic calculator
System S/W ◦ Compilers computer as translator (source to executable program) ◦ Operating Systems computer as machine that executes programs, stores files, prints content of files to printers, communicate with other computers
Instruction Set ◦ What basic operations can be carried out ◦ What, where, and how data can be stored & retrieved in/from memory ◦ How can data be exchanged to the outside “world”
Computer H/W ◦ The 5 components: Datapath, Control, Memory, Input, Output 20
Tingkat-tingkat Bahasa Pemrograman A = 25; High Level Language Program (e.g., C) Compiler
B = 8; 20210
Assembly Language Program (e.g.,AVR) Assembler Machine Language Program (AVR) Machine Interpretation
0000 1010 1100 0101
1001 1111 0110 1000
C = A * B;
lds r1,0x100 lds r2,0x102 add r1,r2 sts 0x104, r1
1100 0101 1010 0000
0110 1000 1111 1001
1010 0000 0101 1100
1111 1001 1000 0110
0101 1100 0000 1010
1000 0110 1001 1111
Control Signal Specification ° ° 21
Organisasi Bahasa Pemrograman Java Java Language
byte code Java Virtual Machine JVM dapat langsung berhubungan dgn h/w
Operating System Computer H/W
22
Komponen Utama Komputer
Keyboard, Mouse
Computer Processor (active) Control (“brain”) Datapath (“brawn”)
Memory (passive) (where programs, data live when running)
Devices Input
Output
Disk (where programs, data live when not running) Display, Printer 23
Rantai Makanan Komputer 1988
Mainframe
Supercomputer
Minisupercomputer
Work- PC Ministation computer
Massively Parallel Processors ODN
24
Perubahan ???
Performance/Unjuk Kerja ◦ Technology Advances /Teknologi anjutan CMOS VLSI mendominasi tekno sblmnya (TTL, ECL) dlm hal biaya AND unjuk kerja, dan kecepatan perubahannya ◦ Computer architecture advances improves low-end RISC, superscalar, RAID, …
Harga: lebih murah karena … ◦ Simpler development CMOS VLSI: smaller systems, fewer components ◦ Higher volumes CMOS VLSI : same device cost 10,000 vs. 10,000,000 units ◦ Lower margins by class of computer, due to fewer services
Fungsi ◦ Rise of networking/local interconnection technology ODN
25
Komputer Berbasis Pentium Processor/Memory Bus
PCI Bus
I/O Busses
26
Struktur (Umum) Interkoneksi Antar-Komponen Proc Caches
Processor-Memory Bus adapters
Memory
I/O Bus
Controllers I/O Devices:
Disks Displays Keyboards
Networks
Semua komponen memiliki organisasi & antarmuka
27
Tren Teknologi: Kapasitas Mikroprosesor 100000 000
Alpha 21264: 15 million Pentium Pro: 5.5 million PowerPC 620: 6.9 million Alpha 21164: 9.3 million Sparc Ultra: 5.2 million
10000 000
Moore’s Law
Pentiu m i 804 86
Transistors
10 00 000 i80 386 i 802 86
10000 0
2X transistors/Chip Every 1.5 years
i 808 6 1000 0 i 808 0 i40 04 1 000 1 970
1 975
1 980
1985
1990
1995
2000
Called “Moore’s Law”
Year
28
Tren Teknologi: Kinerja Prosesor 9 8 7 6 5 4 3 2 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
D E C A lp h a 2 1 2 6 4 /6 0 0 1.54X/yr
D E C A lp h a 5 /5 0 0 DEC H P AXP/ S u n M IP S M IP SIB M 9 0 0 0 / 500 -4 / M M / RS/ 7 5 0 260 2000 1206000
D E C A lp h a 5 /3 0 0 D E C A lp h a 4 /2 6 6 IB M P O W E R 1 0 0
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97
Processor performance increase/year, mistakenly referred to as Moore’s Law (transistors/chip)
Tren Teknologi: Kapasitas Memori (1 Chip DRAM) size
year size(Megabit) 1980 0.0625 1983 0.25 1986 1 1989 4 1992 16 1996 64 2000 256
1 0000 00000
1000 00000
Bits
10000 000
1 0000 00
10 0000
1 0000
1 000 19 70
1975
1 980
19 85
1990
19 95
2000
Now 1.4X/yr, or doubling every 2 years 4000X since 1980
Year
30
Teknologi Komputer → Perubahan Dramatis
Prosessor ◦ 2X lebih cepat setiap 1,5 tahun ◦ 100X lebih cepat dalam dekade terakhir
Memori ◦ ◦ ◦ ◦
Kapasitas DRAM: 2x / 2 years Kecepatan Memori: meningkat 10% per tahun Biaya per bit: membaik 25% per tahun Kapasitas meningkat 64X dalam dekade terakhir
Disk ◦ Kapasitas disk: > 2X setiap 1,0 tahun ◦ Biaya per bit: membaik 100% per tahun ◦ Kapasitas meningkat 120X dalam dekade terakhir 31
Kesimpulan
Technology Trends Capacity
Speed (latency)
Logic
2x dlm 3 th
2x dlm 3 th
DRAM
4x dlm 3 th
2x dlm 10 th
Disk
4x dlm 3 th
2x dlm 10 th
ODN
32
Sejarah Komputer
Awal peralatan komputasi
Abacus Pascal’s Calculator (1600s)
Device yang Dapat di program: Jacquard’s Loom (1800) Babbage’s Analytical Engine (1832) Tabulating machine for 1890 census Hollerith cards Chapter 1:Introduction
ODN
33
33
1st Generation Computers
Mesin Laboratorium/ Tabung Hampa Udara ◦ Memakai vacuum tubes untuk logic dan storage (sangat sedikit storage) ◦ Di Program dalam bahasa mesin ◦ Di program secara fisik dengan koneksi fisik (hardwiring) ◦ Pelan, mahal, ENIAC – komputer digital elektronik – 1946 17468 vacuum tubes, 1800 square feet, 30 tons
A vacuum-tube circuit storing 1 byte ODN
34
34
2nd Generation Computers
Transistor menggantikan vacuum tubes Magnetic core memory di kenalkan ◦ Perubahan ini menjadikan teknologi lebih murah dan dapat diandalkan. ◦ Karena lebih kecil dan lebih cepat ◦ Muncul beberapa bahasa pemrograman (assembly, high-level) ◦ Pengembangan OS CDC 6600 ($10 million) komputer pertama IBM 7094 dan DEC PDP-1 mainframes
Larik magnetic core memory – mahal – $1 juta per 1 Mbyte! ODN
35
35
3rd Generation Computers
Integrated circuit (IC) – kemampuan menempatkan circuit ke silicon chips ◦ Menggantikan transistor dan magnetic core memory ◦ Hasilnya sangat mudah di produksi secara masal, untuk mengurangi biaya dalam computer manufacturing secara signifikan ◦ Meningkatkan speed dan memory capacity ◦ Computer families di kenalkan ◦ Minicomputers dikenalkan ◦ Bahasa pemrograman lebih canggih dan dikembangkannya OS. PDP-8, PDP-11, IBM 360 dan super komputer Cray-1
Silicon chips berisi logic (CPU) dan memory
Penggunaan led Large-scale computer ke time-sharing OS
ODN
36
36
4th Generation Computers
Miniaturisasi mengambil alih
◦ Dari SSI (10-100 komponen per chip) ke ◦ MSI (100-1000), LSI (1,000-10,000), VLSI (10,000+)
Intel mengembangkan CPU pada single chip – microprocessor
◦ Perkembangan microcomputer – PC dan workstations serta laptop
Kebanyakan pada generasi ke 4 perkembangan arsitekturnya tidak ada yang baru tetapi kemampuannya lebih bagus.
◦ Komponen per chip ? Elemen processing lebih banyak? Register lebih banyak? Cache lebih besar? Parallel processing? Pipelining? dsb
ODN
37
37
